Biologia reprodutiva de espécies lenhosas de Leguminosae na Caatinga

Texto

(1)LAÍS ANGÉLICA DE ANDRADE PINHEIRO BORGES. BIOLOGIA REPRODUTIVA DE ESPÉCIES LENHOSAS DE LEGUMINOSAE NA CAATINGA. RECIFE 2010.

(2) ii. LAÍS ANGÉLICA DE ANDRADE PINHEIRO BORGES. BIOLOGIA REPRODUTIVA DE ESPÉCIES LENHOSAS DE LEGUMINOSAE NA CAATINGA. Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Biologia Vegetal da Universidade Federal de Pernambuco como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Doutor em Biologia Vegetal.. Orientadora: Profª Drª Ariadna Valentina Lopes Coorientadora: Profª Drª Isabel Cristina Machado. RECIFE 2010.

(3) Borges, Laís Angélica de Andrade Pinheiro Biologia reprodutiva de espécies lenhosas de Leguminosae na Caatinga/ Laís Angélica de Andrade Pinheiro Borges– Recife: O Autor, 2010. 105 folhas : il., fig., tab. Orientadora: Ariadna Valentina Lopes Coorientadora: Isabel Cristina Machado Tese (doutorado) – Universidade Federal de Pernambuco, Centro de Ciências Biológicas. Biologia Vegetal, 2012. Inclui bibliografia e anexos 1.. Leguminosae 2. Polinização 3. Caatinga I. Título.. 583.74. CDD (22.ed.). UFPE/CCB-2012-067.

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(5) iv. AGRADECIMENTOS À minha orientadora querida, Ariadna Lopes (ori), mais uma vez obrigada por todos esses anos de orientação sem igual. Por você sempre acreditar, incentivar e ajudar com os meus sonhos, e, mais do que isso, pela amizade, carinho e confiança que demonstrou em todo o tempo, serei sempre grata. Espero que essa relação tão preciosa continue pela vida afora. A Isabel Machado, minha co-orientadora, pela constante presença, disponibilidade em ajudar, pelas boas ideias e pelo carinho. Ao CNPq, pela bolsa de doutorado, taxa de bancada e apoio financeiro concedido através de projeto de pesquisa coordenado por A. Lopes (Processo nº 567739/2008-2). Ao Prof. Dr. Marcelo Guerra, por permitir a realização de parte do trabalho no Laboratório de Citogenética Vegetal e pela parceria enriquecedora no trabalho com Libidibia ferrea. Ao Centro de Pesquisas Ambientais do Nordeste (CEPAN), através do Prof. Dr. Marcelo Tabarelli, por viabilizar o uso do carro (Toyota) em viagens a campo. Ao Instituto Agronômico de Pernambuco (IPA), pela permissão para realização do estudo na Estação Experimental de Serra Talhada. À Senhora Dodôri, Seu Antônio e Seu Edísio, pela permissão para realização do estudo em suas propriedades em Alagoinha e Poção. Ao Sr. Gilcean, pelo valioso auxílio e pelos momentos alegres no trabalho de campo. A Kelaine Demétrio, Sheila Milena Soares e Thamires Campos, pela grande ajuda no trabalho de campo; A Éville Karina Ribeiro, pela ajuda no trabalho de laboratório; e a Renata Pires Sola, pela ajuda com os frutos de Libidibia ferrea. A George Machado e Mellissa Sobrinho, além de tantos outros companheiros ocasionais de viagem, pela agradável companhia e ajuda em viagens de campo a Serra Talhada, pelas valiosas discussões sobre biologia reprodutiva, além da inestimável amizade. A todos que me ajudaram a confeccionar saquinhos para as polinizações: Alessandra, Felipe, Sr. Gilcean, Thamires, Walkiria, Celeste (mãe), Lúcia (tia)... À MSc. Elisabeth Córdula (IFPE), pela identificação do material botânico e ao MSc. Carlos Eduardo Nobre, à Drª Débora Coelho (UFCG) e à Drª Gisele Azevedo (UFMA), pela identificação do material zoológico. Ao MSc. Antônio Venceslau de Aguiar Neto (Patriota), pela aquisição de várias referências bibliográficas e pelas conversas enriquecedoras. A Luiz Gustavo Souza, pela ajuda e parceria no trabalho de Libidibia ferrea..

(6) v. À Prof. Drª Andrea Pedrosa e a Liliane Dantas, por me ensinarem e compartilharem os primeiros passos no uso de marcadores moleculares, apesar dos resultados não estarem aqui. À Drª Tarcila Nadia, por toda a ajuda em diversas etapas dentro e fora do laboratório, além da afetuosa companhia e amizade. Às minhas queridas co-orientandas Renata Pires e Thamires Campos, pela possibilidade de começar a exercitar a difícil tarefa de orientar - que possamos nos desculpar pelos erros mútuos e que nunca se esqueçam do carinho que sinto por vocês. Ao mestre e amigo Marcos Meiado, pela inestimável amizade e inúmeras ajudas, parcerias e conversas enriquecedoras, sejam elas biológicas ou não. Ao Prof. Dr. Martinho Carvalho, pela amizade, incentivo e esclarecimentos sobre a vida acadêmica. Aos professores, funcionários e colegas do PPGBV e do CCB, pelo apoio e crescimento profissional e pessoal que proporcionaram. Aos colegas do Laboratório de Biologia Floral e Reprodutiva, pela convivência agradável e enriquecedora, pelos momentos de trabalho e também pelos de descontração. E também aos colegas do Laboratório de Citogenética, que me acolheram com carinho nos momentos que precisei. A Felipe Lucena, pela grande ajuda em preparar saquinhos para as polinizações, transplantar mudas de amburana e cuidar de meus filhos felinos durante as viagens a campo. Aos amigos, sem os quais, certamente, eu não teria tido condições emocionais de chegar até aqui: Caroline, Cíntia, Danise, Fernanda, Halana, Helen, Jacira, Leonardo, Luciana, Mellissa, Sandra - obrigada pelos bons momentos dentro e fora da vida acadêmica. A Alessandra Bastos, Éville Karina Ribeiro e Sheila Milena Soares, pela grande amizade conquistada durante os anos, por entenderem quem eu sou e pela inestimável companhia. À Rochele Castelo Branco, uma irmã, que, apesar da distância, está sempre presente em minha vida. Finalmente, não poderia deixar de agradecer a meus pais, Luiz e Celeste, meus irmãos, Ângelo e Lucele e à minha avó, Inês, por me mostrar o significado e o valor da família. Além de todo o carinho e incentivo, vocês foram essenciais para a execução deste trabalho, seja através da viabilização do meu carro, com o qual foram feitas muitas viagens de campo, seja através da aquisição da máquina fotográfica e até me acompanhando em trabalho de campo. Obrigada por tudo!.

(7) vi. ÍNDICE AGRADECIMENTOS ..................................................................................................... iv. LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................... vii. LISTA DE TABELAS . ................................................................................................... viii. APRESENTAÇÃO ....... .................................................................................................. 01. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................................. 03. 1. Biologia Reprodutiva de Leguminosae, com ênfase nas subfamílias Caesalpinioideae e Mimosoideae ............................................................................. 03. 2. A Caatinga ............................................................................................................ 07. Referências Bibliográficas ....................................................................................... 09. CAPÍTULO UM: Biologia reprodutiva de Anadenanthera colubrina (Vell.) Brenan (Leguminosae) .. 14. CAPÍTULO DOIS Isolamento reprodutivo entre citótipos diplóides e tetraplóides de Libidibia (Caesalpinia) ferrea (Leguminosae): implicações ecológicas e taxonômicas ......... 37. CAPÍTULO TRÊS Biologia reprodutiva de Senna macranthera (Collad.) H.S. Irwin & Barneby (Legumionosae – Caesalpinioideae) ........................................................................ 72. CONCLUSÕES ................................................................................................................ 103. RESUMO ......................................................................................................................... 104. ABSTRACT ..................................................................................................................... 105.

(8) vii. LISTA DE FIGURAS CAPÍTULO UM Fig. 1. Polinizadores de Anadenanthera colubrina var. cebil (LeguminosaeMimosoideae) em Serra Talhada, Pernambuco, Brasil. (A) Apis mellifera; (B) Trigona spinipes; (C) Hemiargus hanno; (D) Vespidae sp ............................................................ 36. CAPÍTULO DOIS Fig. 1. Metáfases em citótipos diploide (A) e tetraplóide (B) de Libidibia ferrea (Leguminosae - Caesalpinioideae). (Barra = 5 μm) .......................................................... 69. Fig. 2. Flor de indivíduo diplóide (A) e tetraplóide (B) de Libidibia ferrea (Leguminosae - Caesalpinioideae) ocorrentes em Pernambuco, Brasil; Xylocopa frontalis (C) e Xylocopa grisescens (D) polinizando flores de indivíduo tetraplóide (Barra = 0,5 cm) ................................................................................................................ 70. Fig. 3. Número médio de sementes intactas, predadas e abortadas por fruto em indivíduos diplóides e tetraplóides de Libidibia ferrea ocorrentes no Estado de Pernambuco, Nordeste do Brasil........................................................................................ 71. CAPÍTULO TRÊS Fig. 1. Flor e visitantes florais de Senna macranthera var. pudibunda em Serra Talhada, Pernambuco, Brasil. (A) Vista frontal da flor, exibindo a heteranteria, a enantiostilia e a curvatura de uma das pétalas inferiores, responsável pelo ricochete e deposição do pólen na região dorsal das abelhas polinizadoras; (B) Resultado do teste com hidróxido de amônio, indicando o contraste entre as metades superior e inferior das anteras; (C) Xylocopa grisescens, polinizadora, coletando pólen (notar o dorso coberto de pólen - seta); (D) Exomalopsis analis, pilhadora, coletando pólen por vibração, sem contatar o estigma (observar as corbículas cheias de pólen); (E) Trigona spinipes, pilhadora, coletando pólen após perfurar as anteras com as mandíbulas ........... 101. Fig. 2. Taxa acumulada de aborto de flores e frutos imaturos a partir de tratamentos de polinização manual controlada e sob condições naturais em Senna macranthera var. pudibunda ocorrente em Serra Talhada, Pernambuco, Brasil. AM: autopolinização manual; NAT: polinização sob condições naturais; PC: polinização cruzada manual ..... 102.

(9) viii. LISTA DE TABELAS CAPÍTULO UM Tabela 1. Formação de frutos após polinizações controladas e naturais em Anadenanthera colubrina var. cebil (Leguminosae - Mimosoiedeae), no município de Serra Talhada, Pernambuco, Brasil ................................................................................... 34. Tabela 2. Distribuição por categorias de tamanho dos frutos ainda imaturos oriundos de polinizações controladas e naturais após cinco semanas da realização dos tratamentos em Anadenanthera colubrina var. cebil (Leguminosae - Mimosoiedeae), no município de Serra Talhada, Pernambuco, Brasil. Frutos pequenos: até 2 cm; Frutos médios: de 2 a 4 cm; Frutos grandes: acima de 4 cm ........................................................ 35. CAPÍTULO DOIS Tabela 1. Morfometria floral (média ± DP) de citótipos diplóides e tetraplóides de Libidibia ferrea (Leguminosae - Caesalpinioideae) ocorrentes em Pernambuco, Brasil. Letras diferentes na mesma linha indicam diferença significativa .................................... 66. Tabela 2. Visitantes florais de indivíduos diplóides e tetraplóides de Libidibia ferrea (Leguminosae - Caesalpinioideae) ocorrentes em Pernambuco, Brasil ............................ 67. Tabela 3. Resultados dos tratamentos de polinização controlada e natural e Índice de Autoincompatibilidade (modificado de Zapata & Arroyo, 1978) em indivíduos diplóides e tetraplóides de Libidibia ferrea (Leguminosae - Caesalpinioideae) ocorrentes em Pernambuco, Brasil .................................................................................... 68. CAPÍTULO TRÊS Tabela 1. Visitantes florais de Senna macranthera var. pudibunda (Leguminosae Caesalpinioideae) em Serra Talhada, Pernambuco, Brasil, com respectivos comportamentos de visita .................................................................................................. 99. Tabela 2. Formação de frutos maduros após tratamentos de polinização manual controlada (autopolinização e polinização cruzada) e sob condições naturais em flores de Senna macranthera var. pudibunda ocorrente em Serra Talhada, Pernambuco, Brasil ................................................................................................................................. 100.

(10) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. APRESENTAÇÃO. O conhecimento sobre a biologia reprodutiva das espécies vegetais de uma comunidade é fundamental para a compreensão dos processos e relações ecológicos e evolutivos e da dinâmica da comunidade. Além disso, informações relativas a essa área do conhecimento são indispensáveis na elaboração de estratégias de conservação para espécies e ecossistemas. O número de estudos sobre a biologia reprodutiva de plantas ainda precisa aumentar bastante até que se tenha uma parte considerável das espécies e formações vegetacionais bem compreendidos no que diz respeito ao tema. No Brasil, que apresenta grande área territorial englobando diversos ecossistemas, parte da deficiência de estudos pode ser atribuída à vastidão de nossa biodiversidade e à reduzida quantidade de grupos de pesquisa no assunto. No entanto, iniciativas de alguns grupos têm permitido avanços consideráveis nesse sentido e, hoje, é possível dizer que a Caatinga, um dos maiores e mais importantes ecossistemas brasileiros, passou a ser foco de diversos projetos de pesquisa de graduação e pós-graduação. É o caso desta tese de doutorado, que investigou a biologia reprodutiva de espécies da família Leguminosae no ecossistema. O trabalho está dividido em duas partes: uma fundamentação teórica abordando alguns tópicos em biologia reprodutiva de Leguminosae e Caatinga, e tem como função prover uma base para o restante do trabalho, e outra parte constituída por três capítulos, cada um consistindo de um estudo de caso com uma espécie lenhosa típica e abundante nas áreas do ecossistema. Além de abordar detalhes da reprodução de cada espécie, os manuscritos trazem contribuições importantes para os campos da biologia reprodutiva e evolução das plantas. O primeiro capítulo, sobre a Mimosoideae arbórea Anadenanthera colubrina (Vell.) Brenan, popularmente conhecida como angico, comprova a sua dependência de vetores de. 1.

(11) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. pólen, uma vez que é autoincompatível, e a relevância de sua floração, no auge da estação seca, para a comunidade de insetos. O segundo e o terceiro capítulos tratam da reprodução de duas espécies de Caesalpinioideae: Libidibia ferrea (Mart. ex Tul.) L.P. Queiroz e Senna macranthera (Collad.) H.S. Irwin & Barneby, respectivamente. Libidibia ferrea, recentemente segregada do gênero Caesalpinia, é uma espécie arbórea conhecida como jucá ou pau-ferro que apresenta grande variabilidade morfológica. Uma possível causa para esse fato pode ser a ocorrência de poliploidia na espécie, que apresenta tanto populações diplóides, como tetraplóides, além de algumas populações mistas. O manuscrito aborda detalhes morfológicos e ecológicos de sua reprodução, sempre comparando os dois citótipos, além de analisar sistema, sucesso e isolamento reprodutivos de e entre diplóides e tetraplóides. As implicações ecológicas, taxonômicas e para planos de conservação e reflorestamento são discutidas. Por fim, o arbusto Senna macranthera (pau-de-besouro) é estudado quanto à biologia floral, à ecologia da polinização e sistema e sucesso reprodutivos. A espécie, autoincompatível e consequentemente dependente de polinizadores, é um fator-chave para a reprodução de várias espécies de abelhas, que utilizam o pólen de suas flores na alimentação das larvas. Em conjunto, esses três estudos trazem informações inéditas e importantes sobre a biologia reprodutiva de espécies da principal família de plantas da Caatinga.. 2.

(12) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA. 1. Biologia Reprodutiva de Leguminosae, com ênfase nas subfamílias Caesalpinioideae e Mimosoideae. As Leguminosae constituem a terceira maior família de angiospermas, com 19.325 espécies distribuídas em 727 gêneros e três subfamílias: Caesalpinioideae, Mimosoideae e Papilionoideae (LEWIS et al., 2005). São componentes principais da maioria dos tipos vegetacionais do mundo e apresentam enorme importância econômica (LEWIS et al., 2005). O nome da família é uma questão polêmica: enquanto muitos especialistas utilizam o termo “Leguminosae”, outros propõem “Fabaceae”, sendo ambos aceitos pelo Código Internacional de Nomenclatura Botânica de 2006, o Código de Viena (ICBN, 2006). Essa questão foi discutida no tratado mais recente sobre a taxonomia da família (“Legumes of the World”, LEWIS et al., 2005). Para evitar ambiguidades, uma vez que o termo Fabaceae pode ser utilizado tanto para denominar a família como um todo, como para se referir apenas à subfamília Papilionoideae, que já foi anteriormente elevada à categoria de família (Papilionaceae), os autores optaram pelo uso do termo Leguminosae (LEWIS et al., 2005). Esta também é a posição adotada no presente trabalho. Parte do sucesso evolutivo da família é atribuída à grande elaboração de suas construções florais e mecanismos reprodutivos (ENDRESS, 1994). Sendo um grupo tão numeroso, diversificado e com muitas espécies economicamente importantes, falar sobre a biologia reprodutiva de Leguminosae é uma tarefa praticamente inesgotável. Desde a revisão feita por Arroyo (1981), há quase trinta anos, e com os avanços em diversas áreas da biologia, é de se esperar que o conhecimento sobre a reprodução de suas espécies tenha se ampliado bastante, especialmente em se tratando das espécies tropicais, que começaram a ser estudadas. 3.

(13) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. de forma mais intensa nesse período. No entanto, mesmo com todo esse avanço, alguns padrões reconhecidos desde o trabalho pioneiro de Arroyo (1981) permanecem válidos e serão abordados a seguir, com as devidas atualizações, quando pertinentes. Com relação ao sistema sexual, há o predomínio do hermafroditismo, sendo a dioicia pouco comum na família, com a maioria dos casos verificada em Caesalpinioideae; andromonoicia foi verificada para algumas Caesalpinioideae, poucas Papilionoideae e aproximadamente metade das Mimosoideae (ARROYO, 1981). Autoincompatibilidade foi registrada em espécies das três subfamílias, embora em proporções diferentes: uma vez que há forte correlação entre autoincompatibilidade e hábito lenhoso (STEBINS, 1957), esse sistema reprodutivo é mais comum em Caesalpinioideae e Mimosoideae, cuja maioria das espécies é lenhosa, do que em Papilionoideae, onde há riqueza de espécies herbáceas (ARROYO, 1981; ENDRESS, 1994). A ocorrência de apomixia foi observada nos gêneros Senna (Caesalpinioideae) e Acacia (Mimosoideae) (cf. KEARNEY, 2003). A família é principalmente melitófila e, devido ao seu grande número de espécies e representatividade nos mais variados ecossistemas, constitui uma importante fonte de alimento para as abelhas (ARROYO, 1981). Em geral, as leguminosas melitófilas podem ser classificadas como generalistas, sendo incomum a dependência de um número limitado de abelhas (ARROYO, 1981). As flores nos membros das subfamílias Caesalpinioideae e Mimosoideae, geralmente abertas e sem necessidade de manipulação especial, são relativamente menos dependentes de abelhas do que as Papilionoideae, nas quais os mecanismos florais mais especializados tendem a excluir qualquer visitante que não as abelhas (ARROYO, 1981). Assim, interações com um amplo espectro de tipos de insetos são mais comuns naquelas duas subfamílias (ARROYO, 1981). No entanto, como é de se esperar para um grupo tão rico e que ocupa quase todas as faixas de habitats das plantas terrestres (LEWIS et al., 2005), a diversificação das estruturas. 4.

(14) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. florais e a adaptação a todos os tipos de polinizadores podem ser encontradas nas Leguminosae. A família apresenta grande irradiação adaptativa de síndromes florais (sensu VOGEL, 1990), constituindo um grupo bastante expressivo para alguns sistemas de polinização menos frequentes do que a melitofilia, ocorrendo espécies polinizadas por aves, morcegos, borboletas e esfingídeos nas três subfamílias (ARROYO, 1981; VOGEL, 1990; ENDRESS, 1994; veja também KOPTUR, 1983; VOGEL et al., 2005; BORGES et al., 2009). Apesar das três subfamílias apresentarem muitas características da estrutura floral em comum, há uma grande diversidade de formas florais (ENDRESS, 1994). Além disso, cada subfamília evoluiu um conjunto de tendências compartilhadas por um grande número de espécies, como será visto em mais detalhes a seguir para Caesalpinioideae e Mimosoideae, que englobam as espécies abordadas neste trabalho.. 1.1 – Subfamília Caesalpinioideae. Há dez anos, Lewis et al. (2000) realizaram uma revisão sobre a biologia reprodutiva da subfamília Caesalpinioideae, reconhecendo que, dentre as Leguminosae, este é o grupo que apresenta a maior diversidade de arranjos florais. Os autores reconheceram que diversas formas florais e modos de reprodução podem ter surgido repetidas vezes dentro da subfamília. Infelizmente, a parafilia do grupo e a escassez de filogenias para vários de seus subgrupos ainda não permitem a determinação das direções dessas mudanças (LEWIS et al., 2005). As Caesalpinioideae possuem a maioria dos membros dióicos da família e certo número de espécies andromonóicas, conforme referido anteriormente (ARROYO, 1981; LEWIS et al., 2005). Embora poucas espécies tenham sido testadas com relação ao sistema reprodutivo, observa-se o predomínio de espécies autoincompatíveis. A unidade de atração. 5.

(15) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. pode ser a flor individual, inflorescências inteiras ou partes delas (ENDRESS, 1994). As flores vão de fraca a altamente zigomorfas, com ocorrência expressiva de assimetria floral, observada especialmente nos gêneros Senna e Chamaecrista (ARROYO, 1981; ENDRESS, 1994). Dentro desse contexto, outras características importantes encontradas em larga escala na subtribo Cassiinae são a enantiostilia e a heteranteria (MARAZZI et al., 2007; MARAZZI; ENDRESS, 2008), estreitamente relacionadas com a polinização por vibração (“buzzpollination”, BUCHMANN, 1983). Do mesmo modo que para a família, as espécies da subfamília são predominantemente melitófilas (ARROYO, 1981).. 1.2 – Subfamília Mimosoideae. Se poucas espécies de Caesalpinioideae foram estudadas com relação à biologia reprodutiva, as Mimosoideae não apresentam um quadro melhor. Com exceção de alguns gêneros, como Acacia e Inga, com várias espécies estudadas (há inclusive uma revisão sobre a biologia reprodutiva no gênero Acacia, ver KENRICK, 2003 e STONE et al., 2003), uma pequena fração da subfamília foi cuidadosamente analisada. As Mimosoideae constituem o grupo de Leguminosae mais conservado com relação à forma floral (QUEIROZ, 2009). Flores pequenas, actinomorfas e densamente agregadas em inflorescências, que passam a constituir a unidade de polinização, são a regra (ARROYO, 1981). Outra característica marcante no grupo é a ampla ocorrência de flores estaminadas e hermafroditas num mesmo indivíduo (andromonoicia) e a liberação de grãos de pólen de forma agrupada através de tétrades ou massas com maior número de grãos, denominadas políades (ARROYO, 1981; ENDRESS, 1994; QUEIROZ, 2009). Também aqui há o predomínio de espécies autoincompatíveis (ARROYO, 1981). A subfamília é basicamente melitófila, mas outros vetores de pólen são frequentes em alguns gêneros, como em Inga, por. 6.

(16) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. exemplo, que apresenta várias espécies polinizadas por morcegos ou esfingídeos (e.g. KOPTUR, 1983; CRUZ-NETO; LOPES; MACHADO, 2007) e Mimosa, onde já foram registradas espécies ornitófilas e quiropterófilas (ver VOGEL; LOPES; MACHADO, 2005). É interessante observar que vários aspectos da biologia reprodutiva foram importantes para a compreensão da evolução e das relações filogenéticas na subfamília Mimosoideae. Muitas tendências evolutivas no grupo foram baseadas em caracteres reprodutivos, como expressão sexual, polinização, palinologia, dentre outros (ver ELIAS, 1981), mas muito ainda se tem para estudar e parte do fato da subfamília ser mais negligenciada decorre não só da riqueza de espécies, mas também por suas flores serem diminutas e dificultarem experimentos detalhados.. 2. A Caatinga. Apesar de apresentar distribuição cosmopolita, a maior diversidade de Leguminosae encontra-se nos trópicos (ENDRESS, 1994), sendo a família particularmente importante em áreas tropicais sazonais (PROCTOR; YEO; LACK, 1996). No Brasil, um importante exemplo desse tipo de ambiente é a Caatinga, uma formação vegetacional decídua e xerófila inserida no domínio do semiárido brasileiro, sendo Leguminosae a família mais rica em espécies do ecossistema (QUEIROZ, 2009). Para Ferri (1980) e Rizzini (1997), caatinga é um termo genérico para designar um complexo de vegetação decidual e xerófila, constituída por vegetais lenhosos, com uma composição florística não uniforme e rica em cactáceas e bromeliáceas rígidas. A vegetação da Caatinga é própria e peculiar e os diferentes tipos vegetacionais são determinados, principalmente, pelo binômio clima-solo (ANDRADE-LIMA, 1981). Os domínios geomorfológicos da Caatinga correspondem (1) aos terrenos da porção cristalina, com solos. 7.

(17) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. rasos, argilosos e rochosos, e (2) aos terrenos da bacia sedimentar, com solos profundos e arenosos (SAMPAIO, 1995). O clima dessa região é de caráter semi-árido quente, com temperaturas altas (24 a 29° C), precipitações escassas (entre 250 e 1000 mm/ano) e irregulares, podendo apresentar até 10 meses de seca (ANDRADE-LIMA, 1981). Tais variações climáticas e edáficas, associadas ao relevo, fazem com que a Caatinga englobe um número elevado de formações e tipos vegetacionais (FERRI, 1980; ANDRADE-LIMA, 1981). A Caatinga é a única grande região natural brasileira cujos limites estão inteiramente restritos ao território nacional (LEAL et al., 2003), ocupando cerca de 800.000 km² do Nordeste brasileiro e 11% do território nacional (RIZZINI, 1997). Apesar disso, é o domínio fitogeográfico menos estudado do país e um dos menos conhecidos da América do Sul, sofrendo ainda um processo antigo e contínuo de alteração ambiental, o que vem ocasionando a perda de biodiversidade no ecossistema (LEAL et al., 2003). Sendo uma região pouco estudada, sua diversidade biológica tem sido freqüentemente subestimada (LEAL et al., 2003). Esforços recentes, no entanto, têm evidenciado o valor biológico da Caatinga, sendo reconhecidos como endêmicos cerca de 18 gêneros e 318 espécies vegetais (GIULIETTI et al., 2002). Recentemente, a Caatinga vem sendo mais estudada em relação à biologia reprodutiva de suas plantas (e.g. MACHADO; LOPES, 2004; MACHADO; LOPES; SAZIMA, 2006, LEITE; MACHADO, 2010) e, de maneira geral, os trabalhos apontam para a semelhança entre a Caatinga e outros ecossistemas florestais tropicais. De acordo com Machado e Lopes (2004), apesar das restrições climáticas, a Caatinga apresenta sistemas de polinização diversificados e com poucas flores generalistas. Há predomínio de autoincompatibilidade (MACHADO; LOPES; SAZIMA, 2006; LEITE; MACHADO, 2010), o que implica que muitas espécies dependem de vetores de pólen para se reproduzir. Uma vez que as condições. 8.

(18) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. climáticas mais severas desse ambiente parecem, a princípio, restringir a biodiversidade e a riqueza das interações entre as espécies, esses resultados são fundamentais para demonstrar a importância ecológica da Caatinga.. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ANDRADE-LIMA, D. The Caatingas Dominium. Revista Brasileira de Botânica, v. 4, p. 149-153, 1981.. ARROYO, M. T. K. Breeding systems and pollination biology in Leguminosae. In: POLHILL, R. M.; RAVEN, P. H. (Ed.). Advances in Legume Systematics, Part 2. Kew: Royal Botanic Gardens, 1981. p. 723–769.. BORGES, L. A.; SOBRINHO, M. S.; LOPES, A. V. Phenology, pollination, and breeding system of the threatened tree Caesalpinia echinata Lam. (Fabaceae), and a review of studies on the reproductive biology in the genus. Flora V. 204, P. 111-130, 2009.. BUCHMANN, S. L. Buzz Pollination in Angiosperms. In: JONES, C. E.; LITTLE, J. R. (Ed.). Handbook of experimental pollination biology. New York: Van Nostrand Reinhold, 1983. p. 73-113.. CRUZ-NETO, O.; LOPES, A. V.; MACHADO, I. C. Ecologia da Polinização de Inga striata (Benth.) (Leguminosae-Mimosoideae) em um remanescente de Mata Atlântica no Nordeste do Brasil. Revista Brasileira de Biociências, v. 5, p. 570-572, 2007.. 9.

(19) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. ELIAS, T. S. Mimosoideae. In: POLHILL, R. M.; RAVEN, P. H. (Ed.). Advances in Legume Systematics, Part 1. Kew: Royal Botanic Gardens, 1981. p. 155-168.. ENDRESS, P. K. Diversity and Evolutionary Biology of Tropical Flowers. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1994. 511 p. Cambridge Tropical Biology Series.. FERRI, M. G. Vegetação Brasileira. São Paulo: Edusp, 1980... GIULIETTI, A. M.; HARLEY, R. M.; QUEIROZ, L. P.; BARBOSA, M. R. V.; BOCAGENETA, A. L. & FIGUEIREDO, M. A. Plantas endêmicas da Caatinga. In: SAMPAIO, E. V. S. B., GIULIETTI, A. M., VIRGÍNIO, J. & GAMARRA-ROJAS, C. F. L. (Org.). Vegetação e Flora das Caatingas. Recife: APNE/CNIP, 2002. p. 103-115.. ICBN – International Code of Botanical Nomenclature (Vienna Code). 2006. Disponível em: http://ibot.sav.sk/icbn/main.htm.. KEARNEY, M. R. Why is sex so unpopular in the Australian desert? Trends in Ecology and Evolution, v. 18, p. 605-607, 2003.. KENRICK, J. Review of pollen-pistil interactions and their relevance to the reproductive biology of Acacia. Australian Systematic Botany, v. 16, p. 119-130, 2003.. KOPTUR, S. Flowering Phenology and Floral Biology of Inga (Fabaceae: Mimosoideae). Systematic Botany, v. 8, p. 354-368, 1983.. 10.

(20) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. LEAL, I. R.; TABARELLI, M.; SILVA, J. M. C. Ecologia e Conservação da Caatinga: Uma Introdução ao Desafio. In: Recife: LEAL, I. R.; TABARELLI, M.; SILVA, J. M. C. (Ed.). Ecologia e Conservação da Caatinga. Recife: Editora Universitária da UFPE, 2003. 804 p.. LEITE, A. V. L.; MACHADO, I. C. Reproductive biology of woody species in Caatinga, a dry forest of Northeastern Brazil. Journal of Arid Environments, in press, 2010.. LEWIS, G. P.; SIMPSON, B. B.; NEFF, J. L. Progress in understanding the reproductive biology of the Caesalpinioideae (Leguminosae). In: HERENDEEN, P. S.; BRUNEAU, A. (Ed.). Advances in Legume Systematics, vol.9. Kew: Royal Botanic Gardens, 2000. p. 6578.. LEWIS, G. P.; SCHRIRE. B.; MACKINDER, B.; LOCK, M. Legumes of the world. Kew: Royal Botanic Gardens, 2005. 577 p.. MACHADO, I. C.; LOPES, A. V. Floral Traits and Pollination Systems in the Caatinga, a Brazilian Tropical Dry Forest. Annals of Botany, v. 94, p. 365-376, 2004.. MACHADO, I. C.; LOPES, A. V.; SAZIMA, M. Plant Sexual Systems and a Review of the Breeding System Studies in the Caatinga, a Brazilian Tropical Dry Forest. Annals of Botany, v. 97, p. 277-287, 2006.. MARAZZI, B.; ENDRESS, P. K. Patterns and development of floral asymmetry in Senna (Leguminosae, Cassiinae). American Journal of Botany, v. 95, p. 22-40, 2008.. 11.

(21) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. MARAZZI, B.; CONTI, E.; ENDRESS, P. K. Diversity in anthers and stigmas in the buzzpollinated genus Senna (Leguminosae, Cassiinae). International Journal of Plant Sciences, v. 168, p. 371-391, 2007.. PROCTOR, M.; YEO, P.; LACK, A. The Natural History of Pollination. Londres: HarperCollins, 1996. 479 p.. QUEIROZ, L. P. Leguminosas da Caatinga. Feira de Santana: Editora da UEFS, 2009. 443 p.. RIZZINI, C. T. Tratado de Fitogeografia do Brasil: Aspectos ecológicos, sociológicos e florísticos. 2ª Ed. Rio de Janeiro: Âmbito Cultural Edições, 1997. 747 p.. SAMPAIO, E. V. S. B. Overview of the Brazilian caatinga. In: BULLOCK, S. H.; MOONEY, H. A.; MEDINA, E. (Ed.), Seasonally dry tropical forests. Cambridge: Cambridge University Press, 1995. p: 35-63.. STEBINS, G. L. Self Fertilization and Plant Variability in the Higher Plants. The American Naturalist, v. 91, p. 337-354, 1957.. STONE, G. N.; RAINE, N.E.; PRESCOTT, M.; WILLMER, P.G. Pollination Ecology of Acacias (Fabaceae, Mimosoideae). Australian Systematic Botany, v. 16, p. 103-118, 2003.. VOGEL, S. Radiacion adaptativa del sindrome floral en las familias neotropicales. Boletin de la Academia Nacional de Ciencias, Cordoba, v. 59, p. 5-30, 1990.. 12.

(22) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. VOGEL, S.; LOPES, A. V.; MACHADO, I. C. Bat pollination in the NE Brazilian endemic Mimosa lewisii: an unusual case and first report for the genus. Taxon, v. 54, p. 693-700, 2005.. 13.

(23) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. 14. CAPÍTULO UM. BIOLOGIA REPRODUTIVA DE ANADENANTHERA COLUBRINA (VELL.) BRENAN (LEGUMINOSAE). MANUSCRITO A SER ENVIADO AO PERIÓDICO FLORA.

(24) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. Biologia reprodutiva de Anadenanthera colubrina (Vell.) Brenan (Leguminosae). Laís Angélica Borgesa, Isabel Cristina Machadob, Ariadna Valentina Lopesb*. a. Programa de Pós-Graduação em Biologia Vegetal, Departamento de Botânica, CCB,. Universidade Federal de Pernambuco, Rua Prof. Nelson Chaves, s/nº, Cidade Universitária, 50372-970, Recife, PE, Brasil b. Departamento de Botânica, CCB, Universidade Federal de Pernambuco, Rua Prof. Nelson. Chaves, s/nº, Cidade Universitária, 50372-970, Recife, PE, Brasil. * Autor para correspondência. E-mail: avflopes@ufpe.br, ariadna.lopes@pq.cnpq.br. 15.

(25) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. 16. Resumo. Anadenanthera colubrina var. cebil (Griseb.) Altschul é uma Leguminosae arbórea amplamente distribuída nas florestas tropicais sazonais secas da América do Sul. O objetivo deste trabalho foi investigar diversos aspectos da biologia reprodutiva da espécie, incluindo o sistema sexual, a biologia floral, a ecologia da polinização e o sistema reprodutivo. O estudo foi realizado em 2007 e 2009 no município de Serra Talhada, PE, Nordeste do Brasil. A espécie floresceu na estação seca e as inflorescências do tipo glomérulo são heteromórficas, com flores masculinas na base e hermafroditas no ápice, caracterizando andromonoicia. A antese é diurna e algumas flores por inflorescência apresentam néctar. Os principais polinizadores foram abelhas (a introduzida Apis mellifera e a autóctone Trigona spinipes), mas também foram registradas espécies de vespas (Polybia occidentallis e Vespidae sp.) e uma de borboleta (Hemiargus hanno). O número médio de óvulos por flor foi 16 e cada políade possui 16 grãos de pólen. O Índice de Autoincompatibilidade foi de 0,1 e houve baixa formação natural de frutos. A andromonoicia encontrada em A. colubrina é o primeiro registro para o gênero. A relação de 1:1 entre número de grãos de pólen por políade e número de óvulos por flor é comum na subfamília, com muitos casos de espécies onde uma políade é capaz de fecundar todos os óvulos de uma flor. A espécie é autoincompatível e, portanto, dependente de vetores de pólen para a reprodução, mostrando-se generalista em relação aos polinizadores. Por apresentar floração em massa e na estação seca, cada indivíduo florido de A. colubrina torna-se uma importante fonte de recurso para a fauna local.. Palavras-chave:. Andromonoicia;. Polinização generalista. Autoincompatibilidade;. Biologia. floral;. Caatinga;.

(26) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. Introdução. As Leguminosae constituem a terceira maior família de angiospermas e são componentes principais da maioria dos tipos vegetacionais do mundo (Lewis et al. 2005). Parte do sucesso da família é atribuída à grande elaboração de suas construções florais (Endress, 1994) e, nesse contexto, a subfamília Mimosoideae é a que apresenta a forma floral mais conservada (Queiroz, 2009). Algumas características marcantes no grupo são o grande desenvolvimento dos estames e a redução do perianto, originando flores do tipo pincel, e a redução do tamanho e o adensamento das flores, gerando uma compactação da inflorescência (Arroyo, 1981; Endress, 1994). Como consequência, a atratividade floral é exercida pelo androceu e, na maior parte das espécies, a unidade de polinização é a inflorescência (Arroyo, 1981; Endress, 1994). Apesar da forma floral das Mimosoideae ser relativamente conservada, há grande variação na biologia floral, na ecologia da polinização e no sistema reprodutivo do grupo (ver Arroyo, 1981; Kenrick, 2003; Koptur, 1983; Stone et al., 2003; Vogel, 1990, Vogel et al., 2005). No entanto, provavelmente devido ao diminuto tamanho das flores de grande parte de suas espécies e ao arranjo denso das inflorescências, que geram dificuldades metodológicas de manipulação, a subfamília é relativamente pouco estudada com relação à biologia reprodutiva. Para a tribo Mimoseae, a maior da família, isto é particularmente expressivo. A maioria dos taxa da tribo Mimoseae ocorre em áreas semiáridas não tolerantes ao fogo, ricas em plantas suculentas e pobres em gramíneas, e 34% dos gêneros e 76% das espécies do grupo são endêmicas do continente americano (Schrire et al., 2005). A Caatinga, uma formação vegetacional que ocupa a maior parte do Nordeste do Brasil, é um exemplo desse tipo de área e, de fato, as Mimoseae se sobressaem como uma das tribos de leguminosas. 17.

(27) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. mais ricas no ecossistema, com 10 gêneros e 55 espécies (cf. Queiroz, 2009), destacando-se, dentre elas, Anadenanthera colubrina. O pequeno gênero arbóreo Anadenanthera Speg., endêmico do Novo Mundo, possui apenas duas espécies, A. colubrina e A. peregrina (Luckow, 2005). Anadenanthera colubrina (Vell.) Brenan, popularmente conhecida como angico ou cebil, apresenta duas variedades, cebil e colubrina, sendo a variedade cebil a mais frequente e um dos clássicos exemplos de espécies que apresentam a distribuição do “Arco Pleistocênico”, proposta por Prado e Gibbs (1993) para explicar a ligação passada entre as florestas tropicais sazonais secas da América do Sul. O maior núcleo de distribuição da variedade é a Caatinga, principalmente as áreas de Caatinga arbórea, onde se torna um dos elementos dominantes (Prado e Gibbs, 1993; Queiroz, 2009). A espécie é bastante utilizada pelo homem, destacando-se o seu uso como madeireira, alucinógeno e na curtição de couro (Luckow, 2005; Queiroz, 2009). O objetivo deste trabalho foi investigar diversos aspectos da biologia reprodutiva de Anadenanthera colubrina var. cebil (Griseb.) Altschul, em uma área de Caatinga, incluindo a fenologia reprodutiva, o sistema sexual, a biologia floral, a ecologia da polinização e o sistema reprodutivo da espécie.. Material e métodos. Local do estudo. O estudo foi realizado entre outubro e dezembro de 2007 e em novembro de 2009 na Estação Experimental de Serra Talhada do Instituto Agronômico de Pernambuco (IPA) (07°56´37.0´´S, 38°17´42.3´´O), localizada no município de Serra Talhada, estado de Pernambuco, Brasil, distante 430 km do litoral. A área encontra-se a uma altitude de 500 m e. 18.

(28) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. apresenta temperatura e precipitação médias anuais de 24,8 °C e 679 mm, respectivamente (Ferraz et al., 2003). Há forte sazonalidade na precipitação pluviométrica, o que ocasiona déficit hídrico e a ocorrência de duas estações, uma chuvosa, geralmente de janeiro a maio, e uma seca, de junho a dezembro (Ferraz et al., 2003). A vegetação do local é a Caatinga, uma formação decídua, espinhosa, com plantas ramificadas e alta densidade de indivíduos, altura média de 4 m e altura máxima de 13 m e as principais famílias encontradas no local são Euphorbiaceae, Leguminosae e Anacardiaceae (Ferraz et al., 2003). Como em áreas preservadas da estação as árvores de A. colubrina são muito altas (ca. 10 a 15 m), dificultando as observações e manipulações, os indivíduos utilizados para as observações de visitantes florais e experimentos de polinização controlada foram aqueles com parte da copa alcançável através do uso de escada, localizados em áreas da estação próximas a pastagens e plantações. Para as análises de flores e inflorescências foi utilizado material coletado tanto de indivíduos de áreas preservadas como de áreas degradadas.. Fenologia, Biologia Floral e Ecologia da Polinização. Entre os meses de outubro e dezembro de 2007 foram feitas excursões quinzenais à área do estudo, o que permitiu definir o período e a duração da floração de indivíduos e da população de A. colubrina. Em 2008, várias excursões foram realizadas à área do estudo, pelo menos a cada dois meses, sendo possível delimitar o período de dispersão dos frutos da espécie. A morfologia e a biologia floral foram analisadas com o auxílio de estereomicroscópio e microscópio óptico, utilizando-se material fresco e fixado. Os seguintes parâmetros foram avaliados a partir de inflorescências fixadas em pré-antese: número e sexualidade de flores por inflorescência e número de óvulos por flor (N = 10 indivíduos). O número de grãos de pólen por políade foi encontrado na literatura (Buril et al., in press),. 19.

(29) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. sendo calculada a razão “número de grãos de pólen por políade / número de óvulos por flor”, isto é, quantas políades são necessárias para fecundar todos os óvulos de uma flor. Além disso, medidas florais foram feitas a partir de flores fixadas no primeiro dia de antese. Como a disposição das partes reprodutivas masculinas em relação às femininas e a deiscência das anteras nos primeiros momentos da antese poderiam indicar a ocorrência de protandria, foi necessário investigar o período da função feminina das flores hermafroditas. Assim, a receptividade estigmática, bem como interações pólen-pistilo indicativas de mecanismos de autoincompatibilidade, foram observadas através de análises do crescimento de tubos polínicos em flores de diversos períodos da antese. Para isso, foram feitos tratamentos de autopolinização manual e polinização cruzada em flores previamente ensacadas em estádio de pré-antese com posterior coleta e fixação em intervalos de tempo pré-determinados. Os tratamentos foram os seguintes: (1) flores polinizadas apenas no primeiro dia de antese, (2) flores polinizadas apenas no segundo dia de antese e (3) flores polinizadas no primeiro e no segundo dia de antese. As polinizações ocorreram entre 0800 e 0900 h da manhã e a coleta e fixação das flores ocorreram 8h, 24h e 48 h após a polinização (este último horário somente para as inflorescências polinizadas no primeiro dia). O material foi preparado e observado sob microscopia de fluorescência segundo método proposto por Martin (1959). Os visitantes florais foram observados com relação ao comportamento de visita em cinco árvores durante cinco dias em novembro de 2007 e três dias em novembro de 2009, totalizando ca. 60 horas de observação. Alguns espécimes foram coletados para posterior identificação, tendo sido depositados como espécimes-testemunho na coleção entomológica do Laboratório de Biologia Floral e Reprodutiva da Universidade Federal de Pernambuco. Sempre que possível foram feitos registros fotográficos para auxiliar na descrição do comportamento de visita.. 20.

(30) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. Sistema e Sucesso Reprodutivos. O sistema reprodutivo foi avaliado em 2007 através de tratamentos de polinização controlada em cinco indivíduos distando pelo menos 50 metros entre si. Algumas adaptações foram necessárias para a realização dos testes: (1) Devido à impossibilidade do completo isolamento de apenas uma flor, a inflorescência foi tratada como a unidade de polinização; (2) Como não foi possível emascular as flores, uma vez que, em botão, corria-se o risco de machucar o estigma e no início da antese as anteras já estavam liberando pólen, os tratamentos de polinização cruzada foram chamados de polinização mista, uma vez que havia a possibilidade de haver deposição de autopólen junto ao pólen dos cruzamentos; e (3) Como não era possível visualizar os estigmas em meio aos filetes, as polinizações foram realizadas da seguinte maneira: as inflorescências doadoras de pólen foram previamente isoladas em préantese e coletadas no primeiro dia de antese, sendo então “pinceladas” sobre as inflorescências dos tratamentos. Inflorescências em pré-antese foram isoladas com sacos semipermeáveis e, após o início da antese, os seguintes tratamentos foram realizados: autopolinização espontânea, autopolinização manual e polinização cruzada, sendo utilizadas de nove a doze inflorescências por tratamento para cada indivíduo, totalizando 54 inflorescências para autopolinização espontânea, 49 para autopolinização manual e 49 para polinização mista. No tratamento de autopolinização espontânea as inflorescências permaneceram intactas e isoladas por cerca de uma semana. Nos tratamentos de autopolinização manual e polinização cruzada as inflorescências foram polinizadas entre 0800 h e 1100 h da manhã por dois dias consecutivos, com pólen de inflorescências da mesma planta (geitonogamia) e de plantas diferentes, respectivamente, sendo desensacadas após uma semana. Embora A. colubrina apresente um longo período de frutificação (ca. 10 meses), as observações sobre a formação. 21.

(31) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. dos frutos foram realizadas cinco e dezenove semanas após as polinizações controladas, quando os frutos imaturos já apresentavam tamanho avançado. Na observação de cinco semanas os frutos imaturos foram divididos em três categorias: (1) pequenos – até 2 cm; (2) médios – de 2 a 4 cm; e (3) grandes – acima de 4 cm. Além dos tratamentos mencionados anteriormente, 30 inflorescências por indivíduo foram marcadas e deixadas sob condições naturais para avaliação da formação natural de frutos. A partir dos resultados obtidos com os tratamentos de polinização controlada foi calculado o Índice de Autoincompatibilidade (IAI) (razão entre a porcentagem de frutos formados por autopolinização manual e a de frutos formados por polinização cruzada manual; modificado de Zapata e Arroyo, 1978).. Resultados. Fenologia, Biologia Floral e Ecologia da Polinização. Anadenanthera colubrina floresceu do final de outubro ao início de dezembro, período que corresponde ao auge e final da estação seca no local do estudo. A espécie mostrou-se caducifólia, sendo que alguns indivíduos permaneceram sem folhas durante a floração, rebrotando no início da frutificação (entre novembro e dezembro), enquanto outros apresentaram brotamento foliar concomitante à produção de flores, a qual, em ambos os casos, ocorreu em massa e durante cerca de três semanas por indivíduo. As flores de A. colubrina são agregadas em inflorescências axilares do tipo glomérulo, cada gema produzindo de duas a cinco inflorescências que se desenvolvem sequencialmente. Cada glomérulo apresenta flores masculinas e flores hermafroditas, sendo, portanto, heteromórfico, e a espécie, andromonóica. O número total de flores e a proporção entre flores masculinas e hermafroditas variaram de inflorescência para inflorescência e entre indivíduos,. 22.

(32) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. mas a distribuição seguiu uma tendência: as flores hermafroditas encontraram-se na região superior da inflorescência, enquanto as masculinas distribuíram-se na região inferior. Em média, o número de flores por glomérulo foi de 87,1 (± 11,11; 76-110), sendo 49,1 flores masculinas (± 19,29; 20-80) e 38 hermafroditas (± 18,33; 13-60) e a média das razões de flores masculinas por flores hermafroditas foi de 2,01 (± 1,87; 0,36-6,15) (N = 10 inflorescências). Exceto pela supressão do pistilo, não há outras diferenças morfológicas entre os dois tipos de flores. As flores são sésseis, pentâmeras e actinomorfas, de cor branca a creme, gamossépalas e gamopétalas. Tanto o cálice como a corola, com comprimento médio de 2,0 e 3,5 mm, respectivamente (N = 5 flores), apresentam pequenas lacínias curtas e eretas. O androceu é constituído por 10 estames com longos filetes, maiores do que a corola, com comprimento médio de 9,0 mm. O tipo floral é, portanto, pincel (sensu Faegri e Pijl, 1979). As anteras apresentam uma glândula apical, que cai durante as primeiras horas da antese. O gineceu, com comprimento médio de 6,0 mm, mais curto que o androceu, é monocarpelar, com o ovário sobre um pequeno ginóforo. O número médio de óvulos por flor foi 16 (± 1,05; 15-18) e, de acordo com Buril et al. (in press), as políades são constituídas por 16 grãos de pólen, originando uma razão “grãos de pólen por políade / óvulo” de 1:1, isto é, uma políade é capaz de fecundar todos os óvulos de uma flor. A antese é diurna e as flores começam a abrir durante a madrugada (ca. 02 00 h). Na maioria das inflorescências, todas as flores se abrem em um único dia, mas há casos em que apenas uma parte das flores se abre em um mesmo dia, ocorrendo a abertura das outras flores nos dias seguintes. Com o início da abertura do cálice e da corola, os estames e o estilete, que se achavam totalmente retorcidos dentro da flor, começam o processo de distensão, encontrando-se eretos no início da manhã (ca. 0600 h). Já no início da antese ocorre a deiscência das anteras, que liberam a maior parte do pólen nas primeiras horas do dia, entre. 23.

(33) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. 0700 h e 1000 h. As análises da receptividade estigmática mostraram tubos polínicos crescendo em pistilos polinizados tanto no primeiro como no segundo dia de antese, mostrando, portanto, que os estigmas estão receptivos desde o primeiro dia. Embora o máximo de distensão dos filetes ocorra no primeiro dia, durante o segundo dia eles ainda encontram-se distendidos e com altura superior à dos pistilos. No terceiro dia, os filetes começam a murchar perceptivelmente, enquanto os pistilos continuam eretos. Durante o mesmo período, o ovário também passa por mudanças consideráveis no tamanho e na coloração, apresentando-se menor e totalmente verde no primeiro dia, verde na metade inferior e avermelhado na metade superior durante o segundo dia, e completamente vermelho escuro e intumescido no terceiro dia. As flores permanecem presas à inflorescência, ainda que murchas, durante vários dias, desprendendo-se em torno de uma semana após o início da antese. As abelhas Apis mellifera (Fig. 1A) e Trigona spinipes (Fig. 1B) (Apidae) foram os visitantes mais freqüentes, mas outros insetos, como a borboleta Hemiargus hanno (Fig. 1C) (Lycaenidae), as vespas Polybia occidentallis e Vespidae sp. (Fig. 1D) (Vespidae) e pequenos besouros (Coleoptera) também foram observados. Com exceção dos besouros, que ficavam por entre as flores bebendo néctar ou coletando pólen que havia caído das anteras, sendo considerados pilhadores, todos os outros visitantes apresentaram os mesmos comportamentos de visita. Após o pouso, eles caminhavam sobre a inflorescência, detendo-se em algumas flores para beber néctar e continuando a busca após consumir o recurso de uma flor. Esse comportamento permitia o contato das partes reprodutivas das flores com a região ventral, as pernas e a cabeça dos visitantes, que atuaram, então, como polinizadores efetivos. Em geral, as abelhas visitavam várias flores por inflorescência e várias inflorescências por indivíduo, enquanto a borboleta e as vespas realizavam visitas mais esporádicas e curtas em comparação às abelhas.. 24.

(34) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. Diversos visitantes florais foram observados tanto em inflorescências jovens, recémabertas, como em inflorescências velhas, com vários dias de antese e todos foram vistos consumindo néctar em pelo menos três das visitas, mas nem todas as visitas eram necessariamente para consumo de néctar. Pólen também foi um recurso obtido pelas abelhas, que foram observadas várias vezes limpando o corpo, principalmente após as visitas do início da manhã. Além de visitar inflorescências abertas para beber néctar, Hemiargus hanno foi observada com grande frequência ovipositando em inflorescências ainda em fase de botão. Ao analisar inflorescências fixadas, diversas larvas de insetos foram encontradas. Assim, algumas visitas de vespas também podem ter ocorrido pela busca por essas larvas.. Sistema e Sucesso Reprodutivos. Cinco semanas após o início dos experimentos, todos os tratamentos apresentaram frutos imaturos, mas com uma diferença na quantidade (Tabela 1) e no nível de desenvolvimento (Tabela 2), com os maiores valores encontrados no tratamento de polinização mista. Todos os indivíduos formaram frutos após polinizações mistas, mas apenas três e dois indivíduos iniciaram o desenvolvimento de frutos após autopolinizações manuais e espontâneas, respectivamente. Ao final do período de observações, ca. 19 semanas, não restou nenhum fruto de autopolinização espontânea e nenhum de polinização natural. Apenas um fruto de autopolinização manual continuava a se desenvolver, contra oito oriundos de polinização mista e o Índice de Autoincompatibilidade foi de 0,1. Nos tratamentos de polinização natural e autopolinização espontânea e manual, no máximo um fruto iniciou desenvolvimento por inflorescência, enquanto nas polinizações mistas até seis frutos foram encontrados em uma única inflorescência cinco semanas após os testes. No entanto, ao final do período de observações, as inflorescências portavam apenas um fruto, à exceção de uma. 25.

(35) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. inflorescência de polinização mista, que continha dois frutos. As análises de crescimento de tubo polínico mostraram tubos crescendo no estigma e no estilete, mas até 48h após a polinização nenhum óvulo havia sido penetrado, tanto em flores oriundas de polinização cruzada quanto de autopolinização manual.. Discussão. Com floração em massa e no auge da estação seca, cada indivíduo florido de A. colubrina torna-se uma importante fonte de recurso (néctar, pólen e até local para nidificação) para a fauna local. A espécie se mostrou generalista com relação aos visitantes florais, sendo polinizada principalmente por abelhas, mas a presença de espécies de vespas e uma de borboleta não deve ser desconsiderada. Apesar de ter ocorrido iniciação da formação de frutos após autopolinização manual e espontânea, a produção foi muito baixa e houve heterogeneidade entre os indivíduos com relação a este tratamento. Uma vez que a formação de frutos após polinizações mistas foi homogênea e maior que os demais tratamentos, e com um IAI de 0,1, a espécie deve ser considerada autoincompatível e, portanto, dependente de vetores de pólen para a reprodução. A andromonoicia encontrada em Anadenanthera colubrina é o primeiro registro para o gênero e um novo registro para Mimosoideae, uma vez que a espécie e o gênero sempre foram relatados como hermafroditas em descrições taxonômicas (e.g. Altschul, 1964; Queiroz, 2009). Cerca de metade dos gêneros da subfamília produz flores masculinas e hermafroditas no mesmo indivíduo, porém, a expressão sexual de flores e inflorescências nem sempre é um caráter fixo e gradientes morfológicos intra e interpopulacionais já foram descritos (Arroyo, 1981). Como houve uma grande variação nas razões entre flores masculinas e hermafroditas (de 0,36 a 6,15) em e entre os indivíduos analisados, é possível que A. colubrina também. 26.

(36) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. apresente indivíduos e populações hermafroditas, fato que apenas uma análise em grande parte de sua área de ocorrência poderia esclarecer. Além disso, seria interessante avaliar também A. colubrina var. colubrina e A. peregrina, para compreender até onde a variação na expressão sexual ocorre na espécie e no gênero. A ampla ocorrência de andromonoicia em Mimosoideae parece estar relacionada à transformação da inflorescência na unidade de polinização, característica da subfamília. A hipótese mais aceita para a evolução da andromonoicia seria a regulação da energia reprodutiva (Arroyo, 1981; Zapata e Arroyo, 1978): uma vez que a proporção de flores que se transformam em frutos é muito baixa em várias espécies, a produção de várias flores masculinas e apenas algumas flores hermafroditas aperfeiçoaria o uso da energia reprodutiva, sem a diminuição da atratividade das inflorescências e o prejuízo da função masculina (dispersão de pólen). No entanto, como várias espécies de angiospermas apresentam altas taxas de aborto de flores, mas relativamente poucas são andromonóicas, Bawa e Beach (1981) levantaram algumas situações em que a andromonoicia não seria vantajosa. De acordo com os autores, o não desenvolvimento de pistilos seria desvantajoso nos seguintes casos: quando há modificação da morfologia floral e consequente desorganização do sistema de polinização; quando há possibilidade de restrição na eficiência de seleção de progênie através de interações pólen-pistilo e reações pós-fecundação; e quando não há previsibilidade para as flores, antes da polinização, com relação ao seu destino como doadoras ou receptoras de pólen. As flores do tipo pincel e as inflorescências compactadas das Mimosoideae provavelmente não teriam sua atratividade alterada pela supressão do pistilo, fator que favorece a evolução da andromonoicia. Porém, a seleção de progênie e a imprevisibilidade no destino da flor como doadora ou receptora de pólen poderiam variar de acordo com a forma da inflorescência. Por exemplo, inflorescências glomerulares provavelmente possuem uma maior proporção de flores visitadas ou que entram em contato com o corpo de um visitante floral do que. 27.

(37) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. inflorescências em espiga, o que aumentaria a possibilidade de ovários fecundados e a seleção de progênie, bem como maior previsibilidade no destino de mais flores. Dessa forma, é de se esperar que a andromonoicia seja mais frequente em espécies com inflorescências globosas e, de fato, Arroyo (1981) encontrou que em Mimosoideae a andromonoicia é muito mais frequente em gêneros com inflorescências do tipo capítulo (glomérulo), como é o caso de A. colubrina. Ao final das observações, todos os seis frutos oriundos do tratamento de polinização natural haviam sido abortados, embora as árvores ainda amadurecessem outros frutos, indicando que são necessárias mais de 30 inflorescências para cada fruto formado na espécie. O aborto de flores e frutos imaturos é comum em espécies de árvores tropicais, tendo sido alvo de várias pesquisas que tentaram investigar suas causas (Bawa e Webb, 1984). No caso de A. colubrina, enquanto o alto índice de aborto de flores parece estar relacionado à falta de polinização, às autopolinizações e à geitonogamia, o aborto de frutos, inclusive de alguns frutos oriundos de polinizações mistas, provavelmente tem ligação com ajustes entre os recursos disponíveis e a seleção de progênie feita pela planta mãe. Em um estudo que testou a hipótese de maturação seletiva de frutos na Mimosoideae Acacia caven, Torres et al. (2002) encontraram diferenças significativas entre germinação e parâmetros quantitativos de plântulas provenientes do tratamento controle (seleção natural de frutos pela planta mãe) e daquelas oriundas do tratamento experimental (seleção aleatória de frutos pelos pesquisadores), com melhor performance das sementes e plântulas do tratamento controle. Nos tratamentos de polinização mista realizados em Anadenanthera colubrina, até seis frutos foram encontrados em uma única inflorescência cinco semanas após as polinizações, mas após 19 semanas, apenas um fruto restava em cada inflorescência avaliada, a exceção de uma inflorescência que portava dois frutos, indicando que houve seleção de progênie.. 28.

(38) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. A seleção de progênie pode ter uma ligação estreita com outra questão importante que se junta às altas taxas de geitonogamia: a de cruzamentos entre indivíduos aparentados (endogamia). Anadenanthera colubrina apresenta padrão de distribuição espacial do tipo agregado (Silva e Barbosa, 2000), possui dispersão autocórica de sementes e, uma vez que uma única políade é capaz de fecundar todos os óvulos de uma flor, originando um fruto cujas sementes produzem irmãos completos, é razoável pensar que as manchas de árvores da espécie apresentam grandes proporções de indivíduos aparentados. Com uma pequena distância de vôo (840 m; Kerr, 1987 apud Araújo et al., 2004), a abelha Trigona spinipes, principal polinizador autóctone de A. colubrina, provavelmente promove uma grande quantidade de geitonogamia e de endogamia na espécie. Assim, apesar de alguns cruzamentos, a princípio, não serem incompatíveis, efeitos deletérios provenientes de endogamia (depressão endogâmica) podem ocasionar má formação, aborto e menor vigor de sementes e frutos (Charlesworth e Willis, 2009). Porém, uma vez que nem todos os indivíduos de uma mesma mancha florescem ao mesmo tempo (observações pessoais), a taxa de cruzamentos entre indivíduos aparentados pode ser reduzida. Além disso, seria interessante avaliar a eficiência da abelha introduzida Apis mellifera, que, com uma distância de vôo de até 9,5 km (Beekman e Ratnieks, 2000), pode se mostrar um vetor eficiente para o fluxo polínico a grandes distâncias. Portanto, a autoincompatibilidade e a seleção de progênie em A. colubrina explicam a baixa formação de frutos na espécie, mas são, ao mesmo tempo, fatoreschave para a manutenção de sua diversidade genética.. Agradecimentos. Ao Instituto Agronômico de Pernambuco (IPA), pela permissão para realização do estudo na Estação Experimental de Serra Talhada; a Gilcean Jones, pela ajuda no trabalho de. 29.

(39) Borges, L.A.A.P. – Biologia Reprodutiva de espécies de Leguminosae na Caatinga. campo; A Carlos Eduardo Nobre, pela identificação da borboleta, e Gisele Azevedo, pela identificação da vespa; A Marcelo Guerra, pela permissão para uso do microscópio de fluorescência do Laboratório de Citogenética Vegetal, UFPE; Ao CNPq, pela bolsa de doutorado concedida a L. Borges e pelas bolsas de produtividade em pesquisa concedidas a I. Machado e A. Lopes, além do apoio financeiro concedido a projeto de pesquisa coordenado por A. Lopes (Processo CNPq nº 567739/2008-2).. Referências. Ancibor, E. 1969. Los nectarios florales en Leguminosas-Mimosóideas. Darwiniana, 15: 128142. Altschul, S.R. 1964. A taxonomic study of the genus Anadenanthera. Contribs. Gray Herb. Univ. Harvard 193, 1-65. Araújo, E.D., Costa, M., Chaud-Netto, J., Fowler, H.G. 2004. Body size and flight distance in stingless bees (Hymenoptera: Meliponini): inference of flight range and possible ecological implications. Braz. J. Biol. 64, 563-568. Arroyo, M.T.K., 1981. Breeding systems and pollination biology in Leguminosae. In: Polhill, R.M., Raven, P.H. (Eds.), Advances in Legume Systematics, Part 2. Royal Botanic Gardens, Kew, pp. 723–769. Bawa, K.S., Beach, J.H. 1981. Evolution of Sexual Systems in Flowering Plants. Ann. Missouri Bot. Gard. 68, 254-274. Bawa, K.S., Webb, C.J. 1984. Flower, fruit and seed abortion in. tropical forest trees:. implications for the evolution of paternal and maternal reproductive patterns. Am. J. Bot. 71, 736–751.. 30.